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ANSYS 非线性分析指南 - 弹塑性分析 (2)  

2010-10-16 09:19:07|  分类: ANSYS 非线性 |  标签: |举报 |字号 订阅

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三、  塑性选项

    ANSYS 程序提供了多种塑性材料选项,在此主要介绍四种典型的材料选项,可以通过激活一个数据表来选择这些选项。         

    ·       经典双线性随动强化              BKIN

    ·       双线性等向强化                  BISO

    ·       多线性随动强化                  MKIN

    ·       多线性等向强化                  MISO

1.  经典的双线性随动强化(BKIN

    使用一个双线性来表示应力应变曲线,所以有两个斜率,弹性斜率和塑性斜率,由于随动强化的 Von Mises 屈服准 则被使用,所以包含有鲍辛格效应,此选项适用于遵守 Von Mises 屈服准则,初始为各向同性材料的小应变题, 这括大多数的金属。

    需要输入的常数是屈服应力 σy 和切向斜率 Er以定义多达六条不同温度下的曲线。

    注意:

·       使用 MP 命令来定义弹性模量;

·       弹性模量也可以是与温度相关的;

·       切向斜率 Et 不可以是负数,也不能大于弹性模量。

    在使用经典的双线性随动强化时,可以分下面三步来定义材料特性。

    (1)  义弹性模量;

    (2)  激活双线性随动强化选项;

    (3)  使用数据表来定义非线性特性。


2.  双线性等向强化(BIS0

    也是使用双线性来表示应力-应变曲线,在此选项中,等向强化的 Von Mises 屈服准则被使用。这个选项一般用于初始各向同性材料的大应变问题。要输入的常数与 BKIN 选项相同。


3.  多线性随动强化(MKIN

    使用多线性来表示应力-应变曲线,模随动强化效应.这个选项使用 Von Mises 屈服准则,对使用双线性选项(BKIN)不能足够表示应力-应变曲线的小应变分析是有用的。

    需要的输入包括最多五个应力-应变数据点(   据 表  入),可以定义五条不同温度下的曲线。

    在使用多线性随动强化时,以使用与 BKIN 同的步骤来定义材料特性,所不同的是在数据表中输入的常数不同,下面是一个用命令流定义多线性随动强化的标准输入:

          MPTEMP,,1070

          MPDATAEX3,,30ES25ES

          TBMK2N3

          TBTEMP,,STRA2N

          TBDATA,,0.010.050.1

          TBTEMP10

          TBDATA,,300003700038000

          TBTEMP70

          TBDATA,,2250003100033000


4  多线性等向强化(MISO

    使用多线性来表示使用 Von Mises 服准则的等向强化的应力-应变曲线,它适用于比例加载的情况和大应变分析。

需要输入最多 100 个应力-应变曲线,最多可以定义 20 条不同温度下的曲线。

其材料特性的定义步骤如下:

      (1) 定义弹性模量;

      (2) 定义 MISO 数据表;

      (3) 为输入的应力-应变数据指定温度值;

      (4) 输入应力-应变数据;

      (5) 画材料的应力-应变曲线。

    与 MKIN 数据表不同的是,MISO 据表对不同的温度可以有不同的应变值,因此,每条温度曲线有它自己的输入表。


四、 怎 样 使 用 塑  

    在这一章中,我们将介绍在程序中怎样使用塑性,重点介绍以下几个方面

      ·      的 ANSYS  

      ·      ANSYS 出量

      ·      使用塑的一

      ·      强收

      ·      


1.  ANSYS  入:

    当使用 T命令选择塑性选项和输入所需常数时,应该考虑到:

      ·      常数应该是塑性选项所期望的形式,如,我们总是需要应力和总的应变,而不是应力与塑性应变。

      ·      如果还在进行大应变分析,应力-应变曲线数据应该是真实应力-真实应变。

    对双线性选项(BKINBISO),输入常数 σy 和 Er 可以按下述方法来决定,如果材料没有明显的屈服应力 σy通常以产生 0.2% 的塑性应变对应的应力 (σ0.2) 作为屈服应力,而 Er 可以通过在分析中所预期的应变围内来拟合实验曲线得到。


   其它有用的载荷步选项:

      ·      使用的子步数使用的时间步长),既然塑性是一种与路径相关的非线性,因此需要使用多载荷增量来加载

      ·      激活自动时间步长

      ·      如果在分析所经历的应变范围内,应力-应变曲线是光滑的,使用预测器选项,这能够极大的降低塑性析中的总体迭代数。

2. ANSYS  输出量

    在塑性分析中,对每个节点都可以输出下列量:

      EPPL - 塑性应变分量 εpl,xεpl,y  等等

      EPEQ - 累加的等效塑性应变

      SEPL - 根据入的应力-应变曲线估算出的对于 EPEQ 的等效应 

      HPRES - 静水压应力

      PSV - 塑性状态变量

      PLWK - 单位体积内累加的塑性功

    上面所列节点的塑性输出量实际上是离节点最近的那个积分点的值。

    如果一个单元的所有积分点都是弹性的(EPEQ0),那么节点的弹性应变和应力从积分点外插得到,如果任一积分点是塑性的(EPEQ>0),那么节点的弹性应变和应力实际上是积分点的值,这是程序的缺省情况,但为的改变它。


    程序使用中的一些基本原则:

    下面的这些原则应该有助于执行一个精确的塑性分析

      1、 所需要的塑性材料常数必须足以描述所经历的应力或应变范围内的材料特性。

      2、 缓慢加载,应该保证在一个时间步内,最大的塑性应变增量小于 5%,一般来说,果 Fy 是系统刚开始屈服时的载荷,那么在塑性范围内的载荷增量应近似为:

            ·      0.05*Fy  对用面力或集中力加载的情况

            ·      Fy  对用位移加载的情况

      3、 当模拟类似梁或壳的几何体时,必须有够的网格密度,为了能够足够的模拟弯曲反应,在厚度方向必须少有二个单元。

      4、 除非那个区域的单元足够大,应该避免应力奇异,由于建模而导致的应力奇异有:

      ·       单点加载或单点约束

      ·       凹角

      ·       模型之间采用单点连接

      ·       单点耦合或接触条件

      5、 如果模型的大部分区域都保持在弹性区内,那么可以采用下列方法来降低计算时间:

      ·       在弹性区内仅仅使用线性材料特性(使用 TB 令)

      ·       在线性部分使用子结构


    加强收敛性的方法:

    如果不收敛是由于数值计算导致的,可以采用下述方法来加强问题的收敛性:

      1、 使用小的时间步长

      2、 如果自适应下降因子是关闭的,打开它,相反,果它是打开的且割线刚度正在被连续地使用,那么关闭它。

      3、 使用线性搜索,特别是当大变形或大应变被激活时

      4、 预测器选项有助于加速缓慢收敛的问题,也可能使其它的问题变得不稳定。

      5、 可以将缺省的牛顿-拉普森选项转换成修正的(MODI)或初始刚度(INIT)牛顿-拉普森选项,这两个选项比全牛顿-拉普森选项更稳定(需要更多的迭代),但这两个选项仅在小挠度和小应变塑性分析中有效。


    查看结

      1、 感兴趣的输出项(例如应力,变形,支反力,等等)对加载历史的响应应该是光滑的,一个不光滑的曲线可能表明使用了太大的时间步长或太粗的网格。

      2、 每个时间步长内的塑性应变增量应该小于 5%,这个值在输出件中以 “Max plastic Strain Step” 输出,也可以使用 POST26 来显示这个值(Main Menu > Time Hist Postpro > Define Variables)。

      3、 塑性应变等值线应该是光滑的,通过任一单元的梯度不应该太大。

      4、 画出点的应力 - 应变图,应力是指输出量 SEQVMises 力)总应变由累加的塑性应变 EPEQ 和弹性应变得来。

 

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